大口徑閥門(mén)的分類(lèi)與技術(shù)指標(biāo)

閥門(mén)，是應(yīng)用較為廣泛的閥體之一，它出現(xiàn)很早，推廣使用較晚。它的工作原理與旋塞閥一樣，都是靠旋轉(zhuǎn)襯套來(lái)使管件啟閉的，但比旋塞閥繼電器輕便，相對(duì)容積小，可以弄成大口徑球閥。閥門(mén)密封靠譜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略，修理便于球閥種類(lèi)，密封面與立方體常在閉合狀態(tài)，不易被介質(zhì)沖刷。現(xiàn)在，美國(guó)球閥口徑已達(dá)，在石油、化工、冶金、輕紡、食品、原子能、航空等部委廣泛使用。

1、球閥的分類(lèi)

閥門(mén)分為兩大類(lèi)：浮動(dòng)式、固定式（見(jiàn)圖1）

a、浮動(dòng)式聯(lián)軸器

b、固定式聯(lián)軸器

圖1浮動(dòng)式、固定式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)

1.1、浮動(dòng)式球止回閥

閥門(mén)的立方體是浮動(dòng)的，在介質(zhì)壓力作用下，立方體能形成一定的位移并緊壓在出口端的密封面上，保證閥門(mén)的密封。浮動(dòng)球止回閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略，密封性好，但立方體承受工作介質(zhì)的撓度全部傳給了出口密封圈，所以要考慮密封圈材料能夠經(jīng)受得住立方體介質(zhì)的工作荷載。這些結(jié)構(gòu)，廣泛適于中低壓閥門(mén)。

1.2、固定球止回閥

閥門(mén)的立方體是固定的，受壓后不形成聯(lián)通。固定球止回閥都帶有浮動(dòng)噴嘴，受介質(zhì)壓力后，噴嘴形成聯(lián)通，使密封圈緊壓在立方體上，以保證密封。一般在與立方體的上、下軸上裝有聯(lián)軸器，操作扭距小，適用于高壓和大口徑的球閥。為了提高閥門(mén)的操作轉(zhuǎn)速和提高密封的牢靠程度，近些年來(lái)又出現(xiàn)了襯套閥門(mén)，既在密封面間壓注特制的潤(rùn)滑油，以產(chǎn)生一層油膜，即加強(qiáng)了密封性，又提高了操作力矩，更適用高壓大口徑的閥門(mén)。

2、浮動(dòng)閥門(mén)的密封

浮動(dòng)球止回閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略，密封性好，但立方體承受工作介質(zhì)的荷載全部傳給了出口密封圈，所以密封圈材料能夠經(jīng)受得住立方體介質(zhì)的工作撓度是關(guān)鍵。通常說(shuō)來(lái)，密封圈都是用聚四氟烯烴等彈性材料制造，金屬與非金屬材料組成密封副，也就是一般稱(chēng)為軟密封。軟密封的密封性容易保證，而且對(duì)密封表面的加工精度與表面粗糙度要求也不很高。在介質(zhì)的壓力下，圓球向出口端位移并壓緊墊圈，這時(shí)，立方體壓在殼體上的力QMJ為：

式中：DMW—閥座密封面直徑

DMN—閥座密封面直徑

P—介質(zhì)工作壓力

為了保證低壓時(shí)的密封，閥門(mén)和噴嘴所應(yīng)當(dāng)?shù)念A(yù)緊比壓不應(yīng)大于1200N·M，預(yù)密切封主要靠葉輪原本的彈性，因此密封面的長(zhǎng)度是受一定限制的，估算式為：

式二

式中：[q]—許用撓度（聚四氟烯烴許用撓度為1530N·M）

對(duì)于帶彈性器件的噴嘴，它的工作靠譜性和使用年限巨大程度上取決于正確選擇密封噴嘴的預(yù)壓縮力。

低壓時(shí)，在預(yù)緊力不足的狀況下，將不能保證閥門(mén)的密封，過(guò)渡的壓縮會(huì)導(dǎo)致立方體和縱梁間的磨擦質(zhì)心降低，并或許導(dǎo)致汽缸材料的塑性變型。

噴嘴與閥門(mén)槽之間的間隙δ1，是保證閥門(mén)正常工作的基本條件，在選擇間隙δ1時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮預(yù)壓縮汽缸的均勻伸長(zhǎng)應(yīng)在總的彈性變型范圍內(nèi)，對(duì)此選用：

式3

式中：DMP—閥座平均半徑；σMJ—彈性變型范圍內(nèi)噴嘴橫截面的許用蠕變，對(duì)聚四氟烯烴制殼體,σMJ=820（N-M）；E—閥座材料的彈性螺距，對(duì)聚四氟烯烴制殼體，E=48000～81600（N-M）。噴嘴的密封材料通常都是用聚四氟烯烴，在現(xiàn)有塑膠中，物理穩(wěn)定性強(qiáng)的是聚四氟丁二烯，它對(duì)物理作用的穩(wěn)定并且超出貴重金屬金和鉑、玻璃、陶瓷、搪瓷、特種鋼材和合金。物理磨蝕性較強(qiáng)的物質(zhì)—濃酸、稀酸、濃氨水、強(qiáng)的氧化劑也不能對(duì)聚四氟烯烴起任何作用，有“塑科王”之稱(chēng)。除個(gè)別鹵化胺或芬芳烴使聚四氟烯烴塑膠有輕度的燒蝕現(xiàn)象此外，吡啶、酸類(lèi)、酯類(lèi)等有機(jī)丙酮對(duì)聚四氟烯烴都無(wú)作用，不會(huì)發(fā)生凈重變化及溶蝕現(xiàn)象。對(duì)它能發(fā)生作用的僅為熔體態(tài)的堿金屬、三氯化氯及元素氟等，但也僅僅在低溫、高壓下作用才明顯。之外，聚四氟烯烴也不受氧或紫外線的作用，不吸水、具有不燃性。

它具備很高的耐磨性和耐熱性，使用氣溫范圍為-180～250℃，在250℃處理240h，電學(xué)功耗無(wú)增加，390℃每小時(shí)失重0.006％。它的介電功耗優(yōu)良，但是電功耗不受速率和濕度的影響，可在250℃下常年工作。由上可知，用聚四氟烯烴作為聯(lián)軸器的密封是較為理想的。聚四氟烯烴的彈性螺距值巨大，所以，材料的功耗決定了其彈性變型很小，一但常年便用，材料的彈性不足以填補(bǔ)密封面的銹蝕，這時(shí)閥門(mén)的密封就該破壞，然而，在設(shè)計(jì)葉輪時(shí)考慮怎樣從結(jié)構(gòu)上提高它的彈性，我們采用了彈性結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。

圖2噴嘴密封圈

這些噴嘴有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)密封面內(nèi)有一個(gè)視角40°±1′；

(2)密封噴嘴上方有一個(gè)R2的圓形槽；

(3)與閥門(mén)的配合留有間隙δ1可降低彈性。

結(jié)構(gòu)原理為：在無(wú)預(yù)緊力組裝時(shí)，立方體與A點(diǎn)相切，組裝預(yù)緊力使球軸位移，位移通常在0.2～0.4(mm)之間，當(dāng)立方體遭到壓力后，立方體隨壓力方向貼近在密封面上，這時(shí)密封圈向外膨脹球閥種類(lèi)，使密封面與球面不會(huì)貼的太短而導(dǎo)致轉(zhuǎn)速減小，卸壓后，密封噴嘴基本上又恢復(fù)到原先安裝時(shí)的位置。

自密切封，是較為特殊的密封方式，我廠生產(chǎn)的大口徑閥門(mén)，輪緣密封全部選用該結(jié)構(gòu)。工作原理是：運(yùn)用介質(zhì)壓力進(jìn)行自密切封，它的密封圈裝在內(nèi)椎體外，跟介質(zhì)相向的一面成一定視角，介質(zhì)壓力傳給內(nèi)椎體，以傳遞給密封圈，在一定視角的徑向上形成兩個(gè)分力，一個(gè)與閥門(mén)中心線平行向外，另一壓向閥門(mén)內(nèi)壁，上面這個(gè)力便是自緊力，介質(zhì)壓力愈大，自緊力也愈大，考慮到低壓時(shí)的密封，在自密切封里面應(yīng)當(dāng)提高一定的預(yù)緊力，保證其密封功耗。

3、球閥的力矩

閥門(mén)磨擦力的大小，除了取決于介質(zhì)的工作壓力和管件的管徑，并且和閥門(mén)的方式、密封和支承部件的結(jié)構(gòu)及密封材料的性質(zhì)有關(guān)，因此，每一詳細(xì)結(jié)構(gòu)中，密封座上的磨擦力還取決于閥門(mén)晃動(dòng)的視角。

在正常液位下動(dòng)作的轉(zhuǎn)速：當(dāng)閥門(mén)搖動(dòng)開(kāi)啟到30°時(shí)，出現(xiàn)大值，全開(kāi)時(shí)（90°）為零，實(shí)際上，當(dāng)閥門(mén)搬到80°時(shí)，壓差一般大大地大于大值。當(dāng)關(guān)掉閥門(mén)時(shí)壓差大，隨著它的打開(kāi)程度降低而漸漸減少，因此在壓力恒定的狀況下，大力轉(zhuǎn)速形成搖動(dòng)到30°～40°時(shí)。閥門(mén)的工作可界定為二個(gè)主要階段。

(1)從立方體啟動(dòng)到開(kāi)始打開(kāi)閥門(mén)階段，這個(gè)階段立方體中僅作用著由密封器件中預(yù)緊力和工作介質(zhì)靜壓力所形成的磨擦力。

(2)從開(kāi)始打開(kāi)球閥到球孔與管件通道完全重合階段，這個(gè)階段對(duì)靜壓差形成的磨擦力，需要加上因?yàn)橐后w或氫氣介質(zhì)力作用的力。隨著球閥的關(guān)掉，立方體將擋住通孔，那樣，立方體上的流體動(dòng)作力將減少，而液位減小。

4、總磨擦力矩的估算

球閥的磨擦力矩按下式估算：

MF=MQZ+MFT+MFC（N-M）（4）

式中：MQZ—球體在噴嘴中的磨擦質(zhì)心

MFT—填料與軸套的磨擦質(zhì)心

MFC—閥桿腹部的磨擦質(zhì)心

剖析閥門(mén)形成的斥力闡明，閥門(mén)在介質(zhì)的作用下，浮動(dòng)立方體向出口端位移，所形成的斥力全部由出口的噴嘴密封圈承受，球前缸蓋密封圈不承受斥力，同時(shí)也不影響磨擦力矩。

式5

式中：f—摩擦系數(shù)，對(duì)于聚四氟烯烴密封圈f=0.5

軸套在濾料中的磨擦扭力取決于密封的方式和工作壓力的大小,在壓緊時(shí),上下密封圈都承受均勻的壓力,濾料中的磨擦力不取決于立方體的晃動(dòng)視角,因此,濾料的磨擦扭力按下式:

MFT=π.2Pf(N-M)(6)

式中：dF—閥桿半徑

h1—單圈濾料與導(dǎo)輪接觸高度

Z1—填料圈數(shù)

凸緣背部的磨擦扭力可按下式：

式7

式中：dF、dFT—閥桿頭估算半徑由上可知，閥門(mén)的啟閉轉(zhuǎn)矩是由多方面來(lái)決定的，對(duì)于管徑≤100mm，使用壓力在1.6Mpa以?xún)?nèi)的閥門(mén),其啟閉扭力不能少于60N-M。以上剖析可知，浮動(dòng)聯(lián)軸器有它的局限性，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的成因，在大口徑高壓力下會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速成倍提高。為此，就應(yīng)當(dāng)采用固定式結(jié)構(gòu)的閥門(mén)，我們也將逐步進(jìn)行解讀其適用功耗。

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